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Appareil à rayons X muni d'un dispositif de sécurité.
Dans un appareil à rayons X, la tension de fonctionnement du tube, c'est-à-dire la tension entre l'anode et la cathode pen- dant le fonctionnement de l'appareil, est notablement plus basse que la tension à vide, car, en charge, de notables chutes de tension se produisent dans l'appareil et dans le secteur d'ali- mentation. A la mise en marche de l'appareil à rayons X ,on lance d'abord le.courant de chauffage dans la cathode thermionique et un certain temps après, on applique la haute tension au tube. Le courant de charge acquiert alors immédiatement sa pleine intensité ce qui empêche la tension du tube d'atteindre une valeur trop élevée.
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Lorsqu'une interruption se produit dans le circuit de chauffage, un court-circuit dans le transformateur d'alimentation ou une autre perturbation telle que la cathode n'est pas portée à la température de régime, la mise en circuit de la haute tension peut être préjudiciable au tube à rayons X. Dans ce cas, la tension du tube est égale à la tension à vide du trans- formateur haute tension et des disruptions peuvent se produire entre les câbles d'alimentation, des étincelles peuvent surgir dans la gaine du tube ou des disruptions internes peuvent endomma- ger le tube à rayons X.
L'invention concerne un appareil à rayons X muni d'un dispositif de protection dont le but est d'empêcher l'application de la haute tension lorsqu'une perturbation quelconque s'est pro- duite dans le circuit de chauffage dutube à rayons X. Suivant l'invention, l'excitation d'un relais électromagnétique, dont le contact de travail se trouve dans le circuit du courant de commande pour la haute tension, est déterminée par la somme de deux tensions quisont approximativement en opposition de phase et dont l'une est constante alors que l'autre dépend de l'intensité du courant de chauffage. Lorsque la somme des deux, tensions dépasse une valeur déterminée, le contact de travail interrompt ledit circuit de cou- rant.
En l'absence de perturbation; les deux tensions sont pratiquement égales et à la fermeture du circuit de chauffage, lecourant de chauffage acquiert l'intensité nécessaire pour porter la cathode à la température de régime. Dans le cas d'une interruption dans le circuit de chauffage, la tension tributaire de l'intensité du courant de chauffage est très petite et le relais enclenche sous l'effet de la tension constante. Par contre, lorsqu'un court-circuit se produit, la tension tributaire du courant de chauffage est dominante et provoque le fonctionnement du relai s.
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Pour invention, peu importe que l'on utilise un relais à enroulement d'excitation ou un relais différentiel. La somme des tensions peut également être utilisée pour commander la tension de grille d'un tube à décharge ou comme tension d'amorçage d'un tube à décharge dans le gaz dont le courant anodique excite le relais.
Le courant à vide, d'intensité assez élevée, du transformateur de chauffage, qui circule lorsqu'une interruption dans le secondaire de ce transformateur empêche le chauffage de la cathode thermique, exerce une Influence nuisible sur la sensibilité de ce dispositif. Ce courant comporte une très grande composante réactive que l'on peut compenser en grande par- tie en shuntant l'enroulement primaire du transformateur de chauf- fage par un condensateur.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La fig. 1 montre le principe de montage de l'appareil conforme à l'invention.
La fig. 2 est une autre forme de réalisation de ce montage.
Les figs. 3 et 4 sont deux diagrammes de charge.
La cathode 2 et l'anode 3 du tube à rayons X 1 sont connectées aux deux extrémités de l'enroulement secondaire 4 du transformateur haute tension 5. D'une façon générale, on utili- sera une tension redressée et à cet effet un certain nombre de valves et de condensateurs sont insérés dans le circuit de courant mais, pour l'explication de l'invention, le schéma simple de la fige 1 suffit.
L'enroulement primaire 6 du transformateur 5 est con- necté au transformateur de réglage 7. Celui-ci est représenté sous
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forme d'auto-transformateur. La tension fournie est réglable à l'aide de prises 8. L'un des fils d'alimentation 9 pour l'en- roulement primaire 6 du transformateur 5 est relié au contact de réglage 10 et l'autre fil 11 directement à l'autre extrémité de l'enroulement 7. Les fils d'alimentation 9 et 11 comportent les contacts 12 et 13 d'un relais électromagnétique., appelé relais principal, dont l'enroulement d'excitation 14 peut être connecté à l'aide d'un interrupteur à bouton-poussoir aux bornes 16 et 17 reliées -,au secteur.
Le circuit de chauffage du tube à rayons X 1 comporte un transformateur de chauffage 19 à enroulement secondaire 18., et dont l'enroulement primaire 20 est connecté.. en deux points fixes, à l'enroulement du transformateur de réglage 7. Dans la ligne d'alimentation du transformateur de chauffage 19 se trouve une résistance réglable 21 pour l'intensité du courant ainsi qu'un fusible 22. Celui-ci sert à interrompre le fonctionnement de l'appareil dans le cas d'un court-circuit franc, afin de limiter au minimum l'endommagement par ce court-circuit.
Le circuit de chauffage comporte en outre la résistance 23 qui protège l'appareil à rayons X. Dans la résistance se produit une chute de tension qui dépend de l'intensité du courant de chauffage. Cette chute de tension est petite lorsque le circuit du courant de chauffage est interrompu et est grande lorsqu'il se produit un court-circuit.
Quelques spires 24 du transformateur de réglage 7 fournissent la contre-tension. Les deux tensions sont montées en série par l'intermédiaire du pont redresseur 27 et de l'en- roulement 26. Le sens du courant dans l'enroulement 26 est tou- jours le même, peu importe que la tension aux bornes de la résis- tance 23 soit plus grande ou plus petite que la contre-tension.
On règle les tensions approximativement à la même valeur à l'aide du curseur 25 de la résistance 23. Il n'est pas néces-
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saire d'utiliser des redresseurs mais un relais à courant con- tinu fonctionne plus régulièrement qu'un relais à courant alter- natif. Les deux tensions peuvent également être en opposition de phase par un couplage magnétique dans le cas d'emploi d'un relais différentiel dont chacun des enroulements est connecté à l'une des tensions.
Dans une autre forme de réalisation, cette partie du montage comporte un tube commutateur à vide poussé 32. La fige 2 représente un montage utilisant, comme tube commutateur, une trio- de.La somme de la tension fixe des spires 24 et de la tension varia ble avec l'intensité du courant de chauffage et prélevée de la résistance 23 est redressée et est appliquée à la résistance 33. Elle fournit la composante positive de la tension de grille pour le tube à décharge 32. La source de tension 34 four- nit la composante négative de cette tension de grille. Le courant anodique de la source de tension 35 excite le relais 26 lorsqu'une perturbation se produit dans le circuit de chauffage du tube à rayons X.
Au lieu de là triode on peut également utiliser oomme tube commutateur un tube à décharge à atmosphère gazeuse. Dans ce cas, le montage doit être légèrement modifiée mais cette modification ne présente aucune difficulté pour le constructeur.
L'enroulement d'excitation 26 du relais commande le contact de travail 29. Ce contact se trouve dans le circuit du courant de commande du relais principal 14 et, dans sa position ouverte, il empêche la mise en circuit de l'appareil à rayons X.
Le graphique de la fig- 3 illustre les particularités des conditions auxquelles doit satisfaire la protection. La ten- sion de la partie 24 des spires du transformateur de réglage 7 est représentée par le vecteur V1. Le vecteur V2 qui représente la tension à la résistance 23 entre une extrémité et la prise 25 lors d'un courant de chauffage normal de la cathode thermio- nique comporte un petit déphasage mais a approximativement la
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même grandeur que le vecteur Vl. Cette concordance peut être obtenue à l'aide du curseur 25. La somme des deux tensions V et
1 V2 en opposition est donnée par le vecteur V. Dans la plupart des appareils, il est d'usage que l'intensité du courant de chauffage soit variable pour permettre -le réglage de la charge du tube à rayons X.
Ce réglage s'obtient à l'aide de la résis- tance 21 et de ce fait la tension V2 peut varier entre les limites V2' et V2". Cette variation est accompagnée d'une petite variation du déphasage. La somme des tensions Vl et V2 varie donc entre V et V'. La tension pour laquelle le relais 26 entre en fonctionnement doit être plus grande que V', car c'est là la tension maximum qui se produit pendant le réglage de la char- ge.
La figure montre en outre les vecteurs A et B qui représentent la tension V2 aux bornes de la résistance 23 dans le cas où le circuit de chauffage est interrompu du côté secondaire du trans- formateur de chauffage (vecteur A) et lorsqu'un court-circuit se produit de ce c8té (vecteur B). Lorsque le primaire dutrans- formateur de chauffage est interrompu, cette tension sera nulle et, dans le cas d'un court-circuit primaire, le fusible 22 claque* La figure montre que la somme des tensions Vl et A ou B dépasse, tant pour l'une des perturbations que pour l'autre, la valeur V'.
Pour la tension d'attraction du relais, on choisit une valeur comprise entre V' et la plus petite des deux tensions résultantes de V1 et A ou B obtenues sous l'influence d'une perturbation.
Cette valeur doit être aussi petite que possible.
On peut réduire la tension d'attraction du relais 26 en compensant la composante réactive du courant primaire du transformateur de chauffage. A cet effet, l'enroulement primaire 20 de ce transformateur 19 est shunté par le condensateur 36.
Le diagramme vectoriel qui en résulte affecte la forme représen- tée sur la fig. 4. Les vecteurs portent les mêmes références que sur la tige 3, tandis que la tension résultante aux bornes de la
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résistance 23 résulte de la composition vectorielle des vecteurs B et V , cette dernière indiquant l'influence du condensateur. c
Du diagramme de la fig. 4, il résulte que la tension V2' aux bornes de la résistance 23 combinée avec la tension fixe Vl fournit une tension V notablement plus petite que la tension V' obtenue sur la fig. 3. La disposition précitée assurera donc un fonctionnement plus rapide du relais des qu'une pertur- bation se produit dans l'état de charge.
Lorsque le relais 26 n'agit pas, on peut mettre en circuit la charge de l'appareil à rayons X à l'aide de l'interrupteur à bouton-poussoir 15. Le temps pendant lequel l'appareil reste en fonctionnement est déterminé par la minuterie 31.
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X-ray machine equipped with a safety device.
In an X-ray machine, the operating voltage of the tube, that is to say the voltage between the anode and the cathode during the operation of the apparatus, is notably lower than the no-load voltage, because, under load, noticeable voltage drops occur in the device and in the power supply. When the X-ray machine is switched on, the heating current is first started in the thermionic cathode, and after a while the high voltage is applied to the tube. The charging current then immediately acquires its full intensity, which prevents the tube voltage from reaching too high a value.
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When an interruption occurs in the heating circuit, a short circuit in the power supply transformer or some other disturbance such as the cathode is not brought to the operating temperature, switching on the high voltage may be detrimental to the x-ray tube. In this case, the tube voltage is equal to the no-load voltage of the high voltage transformer and interruptions may occur between the power cables, sparks may arise in the sheath of the tube or internal disruptions can damage the x-ray tube.
The invention relates to an X-ray apparatus provided with a protection device, the object of which is to prevent the application of high voltage when any disturbance has occurred in the heating circuit of the X-ray tube. According to the invention, the excitation of an electromagnetic relay, the work contact of which is in the control current circuit for the high voltage, is determined by the sum of two voltages which are approximately in phase opposition and whose one is constant while the other depends on the intensity of the heating current. When the sum of the two voltages exceeds a determined value, the work contact interrupts said current circuit.
In the absence of disturbance; the two voltages are practically equal and when the heating circuit is closed, the heating current acquires the intensity necessary to bring the cathode to operating temperature. In the event of an interruption in the heating circuit, the voltage dependent on the intensity of the heating current is very small and the relay trips under the effect of the constant voltage. On the other hand, when a short-circuit occurs, the voltage dependent on the heating current is dominant and causes the operation of the relay s.
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For the invention, it does not matter whether an excitation winding relay or a differential relay is used. The sum of the voltages can also be used to control the gate voltage of a discharge tube or as the starting voltage of a discharge tube in the gas whose anode current excites the relay.
The no-load current, of fairly high intensity, of the heating transformer, which circulates when an interruption in the secondary of this transformer prevents the heating of the thermal cathode, exerts a harmful influence on the sensitivity of this device. This current has a very large reactive component which can be largely compensated by bypassing the primary winding of the heating transformer with a capacitor.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the features which emerge both from the text and from the drawing, of course, forming part of the invention.
Fig. 1 shows the principle of mounting the device according to the invention.
Fig. 2 is another embodiment of this assembly.
Figs. 3 and 4 are two load diagrams.
The cathode 2 and the anode 3 of the x-ray tube 1 are connected to both ends of the secondary winding 4 of the high-voltage transformer 5. Generally, a rectified voltage will be used and for this purpose a certain a number of valves and capacitors are inserted in the current circuit but, for the explanation of the invention, the simple diagram of fig 1 is sufficient.
Primary winding 6 of transformer 5 is connected to regulating transformer 7. This is shown under
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form of auto-transformer. The voltage supplied is adjustable using sockets 8. One of the supply wires 9 for the primary winding 6 of the transformer 5 is connected to the adjustment contact 10 and the other wire 11 directly to the other end of the winding 7. The supply wires 9 and 11 comprise the contacts 12 and 13 of an electromagnetic relay, called the main relay, the excitation winding 14 of which can be connected using a push-button switch to terminals 16 and 17 connected - to the mains.
The heating circuit of the X-ray tube 1 comprises a heating transformer 19 with secondary winding 18., and of which the primary winding 20 is connected .. at two fixed points, to the winding of the regulating transformer 7. In the power supply line of the heating transformer 19 is an adjustable resistor 21 for the intensity of the current as well as a fuse 22. This is used to interrupt the operation of the device in the event of a dead short circuit , in order to minimize damage by this short circuit.
The heating circuit further comprises resistor 23 which protects the X-ray apparatus. In the resistor, a voltage drop occurs which depends on the intensity of the heating current. This voltage drop is small when the heating current circuit is interrupted and is large when a short circuit occurs.
A few turns 24 of the regulating transformer 7 provide the counter-voltage. The two voltages are connected in series via the rectifier bridge 27 and the winding 26. The direction of the current in the winding 26 is always the same, regardless of the voltage across the resistor. - tance 23 is greater or less than the counter-tension.
The voltages are adjusted to approximately the same value using cursor 25 of resistor 23. It is not necessary to.
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rectifiers may be used, but a DC relay operates more regularly than an AC relay. The two voltages can also be in phase opposition by a magnetic coupling in the case of use of a differential relay, each of the windings of which is connected to one of the voltages.
In another embodiment, this part of the assembly comprises a high vacuum switch tube 32. Fig. 2 shows an assembly using, as switch tube, a triode. The sum of the fixed voltage of the turns 24 and the voltage variable with the intensity of the heating current and taken from resistor 23 is rectified and is applied to resistor 33. It provides the positive component of the gate voltage for the discharge tube 32. The voltage source 34 furnishes nit the negative component of this gate voltage. The anode current from voltage source 35 energizes relay 26 when a disturbance occurs in the heating circuit of the x-ray tube.
Instead of the triode, a gas atmosphere discharge tube can also be used as the switching tube. In this case, the assembly must be slightly modified but this modification does not present any difficulty for the manufacturer.
The excitation winding 26 of the relay controls the make contact 29. This contact is in the circuit for the control current of the main relay 14 and, in its open position, it prevents the switching on of the ray apparatus. X.
The graph in fig- 3 illustrates the particularities of the conditions to be met by the protection. The voltage of the part 24 of the turns of the regulating transformer 7 is represented by the vector V1. Vector V2 which represents the voltage at resistor 23 between one end and tap 25 during normal heating current of the thermal cathode has a small phase shift but has approximately the same
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same magnitude as the vector Vl. This agreement can be obtained using the cursor 25. The sum of the two voltages V and
1 V2 in opposition is given by the vector V. In most devices, it is customary for the intensity of the heating current to be variable to allow adjustment of the load on the X-ray tube.
This adjustment is obtained by means of the resistor 21 and therefore the voltage V2 can vary between the limits V2 'and V2 ". This variation is accompanied by a small variation in the phase shift. The sum of the voltages Vl and V2 therefore varies between V and V. The voltage for which the relay 26 comes into operation must be greater than V ', since this is the maximum voltage which occurs during the adjustment of the load.
The figure also shows the vectors A and B which represent the voltage V2 across resistor 23 in the case where the heating circuit is interrupted on the secondary side of the heating transformer (vector A) and when a short- circuit occurs from this side (vector B). When the primary of the heating transformer is interrupted, this voltage will be zero and, in the event of a primary short-circuit, the fuse 22 blows * The figure shows that the sum of the voltages Vl and A or B exceeds, both for one of the disturbances than for the other, the value V '.
For the attraction voltage of the relay, a value is chosen between V 'and the smaller of the two resulting voltages of V1 and A or B obtained under the influence of a disturbance.
This value should be as small as possible.
The attraction voltage of relay 26 can be reduced by compensating for the reactive component of the primary current of the heating transformer. For this purpose, the primary winding 20 of this transformer 19 is shunted by the capacitor 36.
The resulting vector diagram takes the form shown in fig. 4. The vectors bear the same references as on rod 3, while the resulting voltage across the
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resistor 23 results from the vector composition of vectors B and V, the latter indicating the influence of the capacitor. vs
From the diagram of fig. 4, it follows that the voltage V2 'at the terminals of the resistor 23 combined with the fixed voltage Vl provides a voltage V notably smaller than the voltage V' obtained in FIG. 3. The above arrangement will therefore ensure faster operation of the relay as soon as a disturbance occurs in the state of charge.
When the relay 26 does not act, the load of the X-ray apparatus can be switched on by means of the push-button switch 15. The time during which the apparatus remains in operation is determined by timer 31.